스패닝 트리 프로토콜의 기초

네트워크는 안정성을 위해 이중화 링크를 원하지만, 이 링크가 만드는 루프는 허용할 수 없습니다. 스패닝 트리 프로토콜(STP)이 이를 해결합니다. STP는 스위치 사이의 이중화 경로를 자동으로 감지하고, 루프가 없는 하나의 경로만 남도록 필요한 일부 경로를 차단합니다. 동시에 차단된 링크는 백업으로 대기합니다. 이 레슨에서는 이중화를 포기하지 않고 STP가 루프를 방지하는 기본 원리를 다룹니다.

STP는 루프를 포함할 수 있는 물리적 네트워크 위에 루프가 없는 논리적 트리를 구축합니다. 두 지점 사이에서 하나의 경로를 선택하고 나머지 경로를 비활성화하는 방식입니다. 나중에 활성 경로에 장애가 발생하면 STP는 차단된 링크를 다시 활성화하여 연결을 복구합니다. 따라서 복원력을 위한 이중화와 안전을 위한 루프 없는 구조를 동시에 얻을 수 있습니다.

STP는 먼저 트리의 최상위 기준 스위치인 루트 브리지를 선출합니다. 스위치는 구성 가능한 우선순위와 스위치 MAC 주소로 구성된 브리지 ID라는 값을 비교합니다. 브리지 ID가 가장 낮은 스위치가 승리하여 루트가 됩니다. 모든 경로 계산은 이 루트를 기준으로 이루어지므로 루트의 위치가 전체 트리의 형태를 결정합니다.

루트가 아닌 모든 스위치는 하나의 루트 포트를 선택합니다. 루트 브리지로 향하는 경로 중 비용이 가장 낮은 경로의 포트입니다. 비용은 링크 속도를 기준으로 하며, 속도가 빠른 링크일수록 비용이 낮습니다. 루트 포트는 스위치에서 트리의 최상위로 가는 가장 좋은 경로입니다. 루트 또는 그 너머로 향하는 트래픽은 일반적으로 이 포트를 통해 나갑니다.

STP는 각 네트워크 세그먼트에 대해 해당 세그먼트로 전달하는 역할을 맡을 하나의 지정 포트도 선택합니다. 루트 포트도 지정 포트도 아닌 포트는 차단 상태가 됩니다. 차단된 포트는 데이터를 전달하지 않아 루프를 끊지만, 활성 경로에 장애가 발생하면 대신 사용할 수 있도록 STP 메시지는 계속 수신합니다.

스위치는 스위치 사이에서 주고받는 작은 메시지인 BPDUs(브리지 프로토콜 데이터 단위)를 사용해 서로 조정합니다. BPDU에는 브리지 ID와 경로 비용이 포함되어 있어 스위치가 루트를 선출하고 경로를 계산하며 토폴로지 변경을 감지할 수 있습니다. 차단된 포트에서 BPDU 수신이 중단되면 STP는 링크에 장애가 발생했다고 판단하고 경로를 복구하기 위해 해당 포트를 다시 서비스에 투입할 수 있습니다.

기존 STP는 포트를 차단, 수신 대기, 학습, 전달 상태로 차례로 전환합니다. 이러한 전환 과정은 포트가 너무 일찍 전달을 시작하여 실수로 일시적인 루프를 만드는 것을 방지합니다. 단점은 지연으로, 포트를 완전히 개방하는 데 약 30~50초가 걸립니다. 이러한 느린 수렴 때문에 더 빠른 프로토콜 버전이 개발되었습니다.

RSTP(래피드 스패닝 트리 프로토콜, 802.1w)는 현대적인 개선 버전입니다. 포트 상태를 간소화하고 스위치 사이에서 변경 사항을 직접 협상하여 수십 초가 아니라 몇 초 만에 수렴합니다. RSTP는 이전 STP와 하위 호환되며 현재 대부분의 스위치에서 기본으로 사용되므로 장애가 발생한 링크를 훨씬 빠르게 복구할 수 있습니다.

두 가지 유용한 기능이 자주 사용됩니다. PortFast는 종단 장치를 연결하는 액세스 포트가 대기 상태를 건너뛰고 즉시 전달을 시작하도록 합니다. PC 한 대만으로는 루프를 만들 수 없기 때문입니다. BPDU Guard는 이러한 포트에서 예상치 못하게 BPDU를 수신하면 포트를 종료하여 보호합니다. 이는 누군가 PC용으로 지정된 포트에 스위치를 연결했다는 의미입니다.

수렴은 변경 후 STP가 안정적이고 루프가 없는 상태로 정착하는 데 걸리는 시간입니다. 활성 링크에 장애가 발생하면 예상되는 위치에서 BPDU 수신이 중단되고, STP가 다시 계산하며, 이전에 차단되었던 포트가 경로를 복구하기 위해 전달 상태로 전환됩니다. 기존 STP는 수렴하는 데 수십 초가 걸리지만 RSTP는 몇 초 만에 수렴합니다. 수렴이 빠를수록 장애 시간이 짧아지므로 현대 스위치에서는 기존 STP를 RSTP가 대체했습니다.

STP와 더 빠른 후속 프로토콜인 RSTP는 거의 모든 관리형 스위치에서 조용히 실행되며, 루프가 일으킬 브로드캐스트 스톰을 방지하면서 백업 링크를 유지합니다. 루트 브리지 선출, 포트 역할, BPDU를 이해하는 것은 네트워크+의 핵심 지식입니다. 백업 링크가 대신 작동해야 할 때 네트워크에 루프가 생기지 않도록 몇 초 안에 결정하는 것은 RSTP를 사용하는 STP입니다.

STP의 기본 개념을 테스트해 보십시오.

스패닝 트리 프로토콜(STP)은 이중화 링크를 백업으로 유지하면서 루프를 방지합니다. STP는 루트 브리지(가장 낮은 브리지 ID)를 선출하고, 각 스위치에서 루트를 향하는 루트 포트와 각 세그먼트마다 하나의 지정 포트를 선택하며, 나머지 포트는 차단 상태로 둡니다. 스위치는 BPDUs를 사용해 서로 조정합니다. 기존 STP는 느리지만 RSTP는 몇 초 만에 수렴합니다. PortFast는 종단 장치 포트의 시작을 빠르게 하고 BPDU Guard는 해당 포트를 보호합니다.